DE102006024239A1 - Method for braking electrically driven vehicles - Google Patents

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Bremsung von elektrisch angetriebenen Fahrzeugen, insbesondere von Schienenfahrzeugen. Es lag die Aufgabe zugrunde, das Verhalten des Bremssystems direkt abhängig vom Systemzustand, d. h. von den Betriebsverhältnissen des Fahrzeugs, wie z. B. Beladungszustand des Fahrzeugs, Temperatur der Motoren und insbesondere der Magnete, sowie Redundanzanforderungen, optimal zu gestalten und damit den Entfall der heute in Fahrzeugen vorhandenen vollwertigen mechanischen Bremse zu erreichen. Das Verfahren zur Bremsung von elektrisch angetriebenen Fahrzeugen, die mit Federspeicher-basierten Reibungsbremsen ausgestattet sind und deren motorischer Antrieb mit permanenterregten Synchronmaschinen erfolgt, wobei die Klemmen der Synchronmaschine über Schalter mit ein Bremsmoment erzeugenden Einrichtung in Verbindung stehen, ist erfindungsgemäß dadurch gekennzeichnet, dass eine Steuerung oder Regelung aktiviert wird, die in Abhängigkeit von den Betriebsverhältnissen des Fahrzeugs und den geforderten Bremswerten die Bremsung der vorhandenen Motoren und die Federspeicher-basieren Reibungsbremsen einzeln und nacheinander zuschaltet.The invention relates to a method for braking electrically driven vehicles, in particular rail vehicles. It was the object of the behavior of the brake system directly dependent on the system state, d. H. from the operating conditions of the vehicle, such. As loading condition of the vehicle, temperature of the motors and in particular of the magnets, as well as redundancy requirements to make optimal and thus to achieve the elimination of the existing today in vehicles full mechanical brake. The method for braking electrically driven vehicles, which are equipped with spring-based friction brakes and the motor drive with permanent-magnet synchronous machines, the terminals of the synchronous machine via switches with a braking torque generating device in connection, is according to the invention characterized in that a control or regulation is activated, which, depending on the operating conditions of the vehicle and the required braking values, the braking of the existing engines and the spring-loaded friction brakes individually and sequentially.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Bremsung von elektrisch angetriebenen Fahrzeugen, insbesondere von Schienenfahrzeugen, deren Antrieb mit permanenterregten Synchronmaschinen erfolgt.The The invention relates to a method for braking electrically driven Vehicles, in particular rail vehicles, whose drive with permanent magnet synchronous machines takes place.

Nach dem Stand der Technik erfolgt die Bremsung von Schienenfahrzeugen durch eine elektro-pneumatische Bremsausrüstung. Die Auslegung solcher Anlagen basiert auf der maximalen Fahrzeugbeladung unter Annahme ungünstiger Umgebungsbedingungen (z. B. Reibwert).To In the prior art, the braking of rail vehicles by an electro-pneumatic braking equipment. The interpretation of such Systems based on the maximum vehicle load assuming unfavorable Ambient conditions (eg coefficient of friction).

Eine ungeregelte Bremsung würde zum Beispiel bei Teilbeladung ein Überschreiten der geforderten Verzögerungen zur Folge haben. Üblicherweise erfolgt die Einstellung/Regelung der mechanischen Bremse durch eine lastabhängige Veränderung des Bremsdruckes.A unregulated braking would For example, when partial loading is exceeded the required delays have as a consequence. Usually the setting / regulation of the mechanical brake is performed by a load dependent change the brake pressure.

Nach neustem Entwicklungsstand werden zum Antrieb von Fahrzeugen, insbesondere Schienenfahrzeugen, permanenterregte Synchronmaschinen mit separaten elektrischen Bremskreisläufen eingesetzt.To The latest state of development will be used to drive vehicles, in particular Rail vehicles, permanent magnet synchronous machines with separate electric brake circuits used.

Die Schrift DE 10 2004 032 680 A1 offenbart eine Motorbremse für ein elektrisch angetriebenes Fahrzeug, insbesondere für ein Schienenfahrzeug, mit einer permanenterregten Synchronmaschine, wobei Klemmen der Synchronmaschine über Schalter mit ein Bremsmoment erzeugenden Einrichtungen in Verbindung stehen. Dabei ist vorgesehen, dass mindestens zu einer der ein Bremsmoment erzeugenden Einrichtungen ein Kondensator parallelgeschaltet ist, um durch Veränderung des Arbeitspunktes der Synchronmaschine eine erhöhte Bremsleistung zu gewährleisten.The font DE 10 2004 032 680 A1 discloses an engine brake for an electrically driven vehicle, in particular for a rail vehicle, with a permanent-magnet synchronous machine, wherein terminals of the synchronous machine via switches with braking torque generating means in combination. It is provided that at least one of the braking torque generating means, a capacitor is connected in parallel to ensure by changing the operating point of the synchronous machine, an increased braking power.

Beispielsweise sind die ein Bremsmoment erzeugenden Einrichtungen Bremswiderstände, die veränderlich sein können.For example are the braking torque generating devices braking resistors that are changeable could be.

Durch Beschaltung einer permanenterregten Synchronmaschine mit ohmschen Widerständen (R) bzw. Kombinationen von ohmschen Widerständen und Kondensatoren (RC) wird die Wirkung der Motorbremse hinsichtlich der Drehzahl der Synchronmaschine optimiert und kann eine sichere elektrische Bremse, insbesondere für Schienenfahrzeuge, realisiert werden.By Wiring of a permanent magnet synchronous machine with ohmic resistors (R) or combinations of ohmic resistors and capacitors (RC) the effect of the engine brake with respect to the speed of the synchronous machine Optimized and can be a safe electric brake, in particular for rail vehicles, will be realized.

Stark unterschiedliche Randbedingungen, wie z. B. Beladungszustand des Fahrzeugs, Temperatur der Motoren und insbesondere der Magnete, sowie Redundanzanforderungen, führen bei der beschriebenen Beschaltung der permanenterregten Synchronmaschine dazu, dass mit einer festen Dimensionierung von R bzw. RC nicht in allen Fällen beim Bremsen die vom Betreiber oder in Normen vorgegebenen Grenzwerte für die Bremsverzögerung eingehalten werden.strongly different boundary conditions, such. B. loading state of Vehicle, temperature of the motors and in particular of the magnets, as well Redundancy requirements lead in the described wiring of the permanent-magnet synchronous machine to that with a fixed sizing of R or RC not in all cases Braking the limits specified by the operator or in standards for the Braking delay maintained become.

Bei gleichzeitiger Aktivierung aller vorhandenen Bremsanlagen, d.h. ohne steuernden Eingriff, werden bei einer Reihe von Systemzuständen die Grenzwerte der Verzögerung überschritten.at simultaneous activation of all existing brake systems, i. without control intervention, the limits will be at a number of system states exceeded the delay.

Ein derartiges Verhalten wird durch die Betreiber nicht akzeptiert und verhindert den Einsatz einer sicheren elektrischen Bremse für Schienenfahrzeuge.One Such behavior is not accepted by the operators and prevents the use of a safe electric brake for rail vehicles.

Der Erfindung lag deshalb die Aufgabe zugrunde, das Verhalten des Bremssystems direkt abhängig vom Systemzustand, d.h. von den genannten Randbedingungen des Fahrzeugs optimal zu gestalten und damit den Entfall der heute in Fahrzeugen vorhandenen vollwertigen mechanischen Bremse (zu unterscheiden von der mechanischen Feststellbremse für den Parkzustand) zu erreichen.Of the The invention was therefore based on the object, the behavior of the brake system directly dependent from the system state, i. from the mentioned boundary conditions of the vehicle optimally designed and thus eliminating the existing in vehicles today Full mechanical brake (to be distinguished from the mechanical Parking brake for the park state).

Die Lösung der Aufgabe erfolgt entsprechend den Merkmalen des Anspruchs 1; die Unteransprüche geben zweckmäßige Ausgestal tungen der Erfindung wieder.The solution the task is carried out according to the features of claim 1; the dependent claims give expedient Ausgestal lines the invention again.

Erfindungsgemäß wird zur Bremsung von elektrisch angetriebenen Fahrzeugen, insbesondere von Schienenfahrzeugen, die mit federspeicherbasierten Reibungsbremsen ausgestattet sind und deren motorischer Antrieb mit permanenterregten Synchronmaschinen erfolgt, wobei die Klemmen der Synchronmaschine über Schalter mit ein Bremsmoment erzeugenden Einrichtungen in Verbindung stehen, eine Steuerung oder Regelung aktiviert, die in Abhängigkeit von den tatsächlichen Betriebsverhältnissen (Bremsperformance) des Fahrzeugs und den geforderten Bremswerten die federspeicherbasierten Reibungsbremsen und die Bremsung der vorhandenen Motoren einzeln und nacheinander zuschaltet.According to the invention is for Braking of electrically driven vehicles, in particular of Rail vehicles equipped with spring-based friction brakes equipped and their motor drive with permanent-magnet Synchronous machines takes place, with the terminals of the synchronous machine via switches associated with braking torque generating devices, a control or regulation is activated, depending on from the actual operating conditions (Braking performance) of the vehicle and the required braking values the spring-based friction brakes and the braking of the Engines existing motors one by one and in succession.

In Abhängigkeit von der Systemarchitektur ist sowohl die Bremsleistung jedes Motors, als auch die Bremsleistung der federspeicherbasierten Reibungsbremsen einzeln und voneinander unabhängig zuschaltbar und somit die Forderung nach einer sicheren Gesamtbremsleistung zu erfüllen.In dependence of the system architecture is both the braking power of each engine, as well as the braking performance of the spring-based friction brakes individually and independently switchable and thus the demand for a safe overall braking performance to fulfill.

Zur Erfassung des Systemzustandes werden als Eingangsgröße zur Steuerung/Regelung der Gesamtbremsleistung des Fahrzeuges beispielsweise die folgenden Betriebsgrößen des Fahrzeuges ermittelt:

  • – Messung der Verzögerung durch geeignete Sensoren,
  • – Messung der Motorströme und Berechnung durch Maschinenmodell,
  • – Messung der Nulldurchgänge der Motorspannungen und Ermittlung der Verzögerung durch Varianzbestimmung,
  • – Messung der Motor- bzw. Zwischenkreisleistung,
  • – Messung der Leistung am Bremswiderstand,
  • – Messung der Drehzahlen,
  • – Temperaturerfassungen,
  • – Lastzyklenerfassung in Kombination mit Luftfederdruckerfassung.
To record the system state, the following operating variables of the vehicle are determined, for example, as an input variable for controlling / regulating the total braking power of the vehicle:
  • Measurement of the delay by suitable sensors,
  • - Measurement of motor currents and calculation by machine model,
  • - Measurement of the zero crossings of the motor chip calculations and determination of the delay by variance determination,
  • - Measurement of the motor or DC link power,
  • - measurement of the power at the brake resistor,
  • - measurement of speeds,
  • - temperature measurements,
  • - Load cycle detection in combination with air spring pressure sensing.

Anhand der erfassten Betriebswerte wird eine Ist-Kennlinie gebildet und mit einer zur Einhaltung der geforderten Bremswerte gültigen Soll-Kennlinie verglichen. Solange eine negative Soll-Ist-Abweichung, d.h. ein Unterschreiten des Sollwertes, besteht, werden unter Berücksichtigung eines Toleranzbandes nacheinander die Bremsung der Motoren durch Zuschaltung der Motoren an die R- bzw. RC-Beschaltung, bzw. der federspeicherbasierten Reibungsbremsen aktiviert.Based the detected operating values, an actual characteristic is formed and with a nominal characteristic curve valid for maintaining the required braking values compared. As long as a negative target-actual deviation, i. one Falling below the setpoint, is, taking into account a tolerance band in succession, the braking of the motors Connection of the motors to the R or RC circuit, or the spring-based friction brakes activated.

Auch ist vorgesehen, eine aus der Drehzahl der Motoren und der Beschleunigung des Fahrzeugs gebildete Ist- Kennlinie mit einer in einem nichtflüchtigen Speicher hinterlegten Soll-Kennlinie zu vergleichen und bei negativer Soll-Ist-Abweichung die Bremsung der Motoren bzw. der federspeicherbasierten Reibungsbremsen zuzuschalten.Also is provided, one from the speed of the motors and the acceleration the vehicle formed actual characteristic with one in a non-volatile Memory stored nominal characteristic to compare and with negative target-actual deviation, the braking the engines or the spring-based friction brakes zuzuschalten.

Zweckmäßigerweise wird ein logischer Verschlussmechanismus vorgesehen, der das gleichzeitige Zuschalten von mehr als einer Brems-Komponente verhindert.Appropriately, a logical locking mechanism is provided, which is the simultaneous Turning on more than one brake component prevents it.

Abweichend davon können aber auch alle federspeicherbasierten Reibungsbremsen gemeinsam zugeschaltet werden.deviant of it can but also all spring-based friction brakes joined together become.

Durch die Möglichkeit, elektrische und mechanische Bremsleistung einzeln und nacheinander zuzuschalten, kann die zur Verfügung gestellte Bremskraft gesteuert und damit Einflüsse durch Randbedingungen, wie z. B. Beladungszustand des Fahrzeugs, Temperatur der Motoren und insbesondere der Magnete, ausgeglichen werden.By the possibility, switch on electrical and mechanical braking power individually and one after the other, can the available controlled braking force and thus influences by boundary conditions, such as B. load condition of the vehicle, temperature of the motors and in particular of the magnets, be compensated.

Der Bremsverlauf erfolgt nach der projektierbaren Soll-Kennlinie. Geforderte Grenzwerte der Brems-Verzögerung werden eingehalten. Zusätzlich wird der unerwünschte Ruck bei Bremseinsatz begrenzt.Of the Braking process takes place according to the configurable setpoint characteristic. required Limits of brake deceleration be respected. In addition will the unwanted Jerk limited during brake application.

Durch die Erfindung können der Einsatz der sicheren elektrischen Bremse und damit der Entfall der heute in Fahrzeugen vorhandenen vollwertigen mechanischen Bremse erreicht sowie Komfort- und Verzögerungsanforderungen bei der Bremsung elektrisch betriebener Fahrzeuge erfüllt werden.By the invention can the use of safe electric brake and thus the elimination of today in vehicles existing full-fledged mechanical brake achieved as well as comfort and delay requirements be met during the braking of electrically powered vehicles.

Claims (8)

Verfahren zur Bremsung von elektrisch angetriebenen Fahrzeugen, insbesondere von Schienenfahrzeugen, die mit federspeicherbasierten Reibungsbremsen ausgestattet sind und deren motorischer Antrieb mit permanenterregten Synchronmaschinen erfolgt, wobei die Klemmen der Synchronmaschine über Schalter mit ein Bremsmoment erzeugenden Einrichtungen in Verbindung stehen, dadurch gekennzeichnet, dass eine Steuerung oder Regelung aktiviert wird, die in Abhängigkeit von den Betriebsverhältnissen des Fahrzeugs und den geforderten Bremswerten die Bremsung der vorhandenen Motoren und die federspeicherbasierten Reibungsbremsen einzeln und nacheinander zuschaltet.Method for braking electrically driven vehicles, in particular rail vehicles, which are equipped with spring-based friction brakes and the motor drive with permanent-magnet synchronous machines, wherein the terminals of the synchronous machine via switches with braking torque generating devices in combination, characterized in that a control or Control is activated, which, depending on the operating conditions of the vehicle and the required braking values, the braking of the existing engines and the spring-based friction brakes one by one and in succession. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass sowohl die Bremsleistung jedes Motors, als auch die Bremsleistung der federspeicherbasierten Reibungsbremsen voneinander unabhängig zugeschaltet werden.Method according to claim 1, characterized in that that both the braking power of each engine, as well as the braking power the spring-based friction brakes connected independently become. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, dass als Eingangsgröße zur Steuerung/Regelung der Gesamtbremsleistung des Fahrzeuges eine oder mehrere der folgenden Betriebsverhältnisse des Fahrzeuges erfasst oder ausgewertet oder mit einer hinterlegten Kennlinie zur Bestimmung eines Soll-Ist-Vergleiches verwendet werden: – Messung der Verzögerung durch geeignete Sensoren, – Messung der Motorströme und Berechnung durch Maschinenmodell, – Messung der Nulldurchgänge der Motorspannungen und Ermittlung der Verzögerung durch Varianzbestimmung – Messung der Motor- bzw. Zwischenkreisleistung, – Messung der Leistung am Bremswiderstand, – Messung der Drehzahlen, – Temperaturerfassungen, – Lastzyklenerfassung in Kombination mit Luftfederdruckerfassung.Method according to one of claims 1 and 2, characterized that as input to the control / regulation the total braking power of the vehicle one or more of the following operating conditions recorded or evaluated or with a stored Characteristic curve can be used to determine a target / actual comparison: - Measurement the delay through suitable sensors, - Measurement the motor currents and calculation by machine model, - Measurement of zero crossings of Motor voltages and determination of the delay by variance determination - Measurement the motor or DC link power, - measurement of the power at the brake resistor, - Measurement the speeds, - temperature measurements, - Load cycle detection in combination with air spring pressure sensing. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass anhand der erfassten Betriebswerte eine Ist-Kennlinie gebildet und mit einer zur Einhaltung der geforderten Bremswerte gültigen Soll-Kennlinie verglichen wird und dass unter Berücksichtigung eines Toleranzbandes bei Soll-Ist-Abweichung der Bremsung weitere Motorbremsen bzw. federspeicherbasierte Reibungsbremsen zugeschaltet werden.Method according to claim 3, characterized that based on the recorded operating values formed an actual characteristic and with a nominal characteristic curve valid for maintaining the required braking values is compared and that taking into account a tolerance band at target-actual deviation of the braking more engine brakes or spring-based Friction brakes are switched on. Verfahren nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das gleichzeitige Zuschalten von mehr als einer Brems-Komponente durch einen logischen Verschlussmechanismus verhindert wird.Method according to one of the preceding claims, characterized characterized in that the simultaneous connection of more than one Brake component prevented by a logical locking mechanism becomes. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass alle federspeicherbasierten Reibungsbremsen gemeinsam zugeschaltet werden.Method according to one of claims 1 to 4, characterized that all spring-based friction brakes are switched on together. Verfahren nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Bremsung der Motoren bzw. der federspeicherbasierten Reibungsbremsen abschaltbar gestaltet wird.Method according to one of the preceding claims, characterized characterized in that the braking of the motors or the spring-based friction brakes can be switched off. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens zu einer der ein Bremsmoment erzeugenden Einrichtungen ein Kondensator parallelgeschaltet ist.Method according to claim 1, characterized in that that at least one of the braking torque generating devices a capacitor is connected in parallel.
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